L’Argile:

Terre principalement composée de silicates hydratés d’aluminium, mais aussi de métaux et de molécules provenant de restes sensiblement organiques (composés présents dans les estuaires). “L’argile théorique” est composée de silice, d’alumine et d’eau : 2 SiO2 + Al2O3 + H2O.
Le matériau le plus proche de cette définition idéale est le kaolin.
Produite par la “décomposition” de feldspath et souvent altérée au cours du cycle de formation des roches métamorphiques, l’argile peut avoir diverses teintes: blanche lorsqu’elle est calcaire (voir marne, kaolin), jaune en présence d’oxyde de fer hydraté (voir ocre jaune), ou rouge (alors créée dans les fonds océaniques, parait-il).
Certaines argiles sont naturellement plus grasses que d’autres. Celles qui contiennent du carbone sont particulièrement visqueuses. D’autres, comme la faïence rouge, le sont plus modérément, mais encore assez pour rendre parfois nécessaire l’emploi d’agents “dégraissants” : “les silices” et la chamotte.

Cette substance très importante présente d’innombrables aspects. Ses emplois sont très anciens mais aussi très contemporains (céramiques couvrant les engins spatiaux, prothèses dentaires, etc.).
 

La silice:

La silice est constituée de dioxyde de silicium, un composé chimique qui entre dans la composition de nombreux minéraux ; sa formule est SiO2.
La silice existe à l’état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes et à l’état combiné dans les silicates, les groupes SiO2 étant alors liés à d’autres atomes (Al : Aluminium, Fe : Fer, Mg : Magnésium, Ca : Calcium, Na : Sodium, K : Potassium…).
Base de plusieurs arts du feu (glaçure, verrerie et poterie essentiellement), la silice est une substance transparente ou blanche  qui peut prendre neuf formes différentes. Cependant, elle est le plus souvent associée dans la nature à de nombreuses autres substances. Le feldspath, notamment, est une matière très courante contenant d’immenses quantités de silice mêlée d’autres éléments.
La silice est la substance fondamentale pour tous les arts du feu hormis la métallurgie. Elle est très présente dans les terres à cuire et encore plus dans le verre. Cuite pure, elle donne d’ailleurs un verre parfait.
Très souvent, préparée pour une utilisation comme glaçure ou comme verre, la silice se présente généralement sous la forme d’une poudre extraite de sables très purs comme ceux de Fontainebleau et de Nemours.
La température de fusion de la silice, très élevée - de l’ordre de 1 800°C (avec un début de liquéfaction au-delà de 1 700°C) , en fait un matériau si réfractaire qu’en comparaison, les autres molécules fréquemment employées lors des cuissons - à part l’alumine et quelques autres - jouent toutes le rôle de “fondants”.

Plus un émail est chargé de silice, plus il nécessite une haute température et donne des résultats bien durs, “chimiquement résistants”, insolubles, se dilatant peu et adhérant d’autant mieux au support.
Toujours dans le domaine des arts du feu, les substances que l’on nomme couramment “les silices” sont le quartz, le sable et le silex calciné. Leur rôle est généralement de permettre une vitrification “accélérée” et de faciliter l’adhérence des glaçures.

Parmi les sables réputés les plus purs (au-delà de 99,6% de silice), nous citerons le sable de Fontainebleau et celui de Nemours. Ils sont très utilisés dans les domaines de la verrerie et des émaux.
Le verre de silice pure est le plus résistant à tous points de vue, mais sa haute température de fusion (1710°C sans fondant sinon autour de 1200°C très approximativement) et les difficultés de mise en forme à l’état liquide expliquent qu’il soit peu courant. La chaux carbonée (pierre à chaux) et la soude sont des “fondants” communs permettant d’abaisser cette température.

 

Le feldspath:

les feldspaths sont des ensembles de deux, quatre ou six molécules de silice liées à une molécule d’alumine et un oxyde de métal alcalin (potassium, sodium, calcium ou lithium. Ils sont peu colorés, mises à part les impuretés. Comme toutes les roches siliceuses, dans certains cas, les feldspaths peuvent, à la suite d’un échauffement, devenir cristallins (refroidissement lent, donnant parfois de gros cristaux) ou vitreux (refroidissement rapide).
Roches mères de l’argile, composants très importants du basalte, du granite et d’autres minéraux, ils représenteraient un peu moins de 60% de la masse de la croûte terrestre.
Suivant un cycle géologique naturel général, les feldspaths sont destinés à se transformer en argile en libérant leurs métaux alcalins.
Il existe différents “feldspaths théoriques”, c’est-à-dire différentes formules chimiques de feldspaths, mais la plupart du temps, elles sont mélangées. L’orthose, variété majoritaire, est potassique. En sculpture et en poterie, elle est préférentiellement adjointe à la terre qui joue le rôle de substrat tandis que l’albite, variété sodique, est un peu plus utilisée pour les glaçures à cause de légères différences de comportement lors de la cuisson. Seule l’anorthite (base calcique) en grande quantité réagit vraiment autrement à chaud. En effet, les oxydes de potassium, de sodium et de lithium ont des comportements proches et diffèrent nettement de CaO.
 

L’alumine:

L’alumine ou oxyde d’aluminium, de formule chimique Al2O3, est un composé chimique qui existe à l’état naturel dans la bauxite, sous forme d’alumine hydratée mélangée avec de l’oxyde de fer.
L’extraction de l’alumine de la bauxite est réalisée suivant un procédé chimique appelé procédé Bayer inventé par l’Autrichien Karl Josef Bayer. La bauxite y est attaquée par la soude à haute température et sous pression. La première usine à exploiter ce procédé est l’usine de Gardanne (anciennement Pechiney) en 1894. Cette usine produit toujours à ce jour des alumines hydratées et calcinées suivant ce procédé.
L’alumine représenterait plus de 15% de la masse de la croûte terrestre. Son minerai principal est la bauxite, mais elle est présente dans d’innombrables roches. L’alumine et l’hydrate d’alumine se présentent sous la forme de poudres très fines et légères.
Sa température de fusion extrêmement élevée (2040°C environ) rend nécessaire :
- un usage parcimonieux. En fait, le plus souvent, l’alumine n’est guère introduite à l’état pur dans une glaçure mais plutôt sous la forme de feldspath ou d’autres matériaux naturels ou synthétiques qui contiennent cette molécule.
- l’adjonction de “fondants” ou l’emploi de matériaux “porteurs” d’alumine étant eux-mêmes des fondants.

 Plusieurs pierres précieuses sont à base d’alumine anhydre, colorée ou non par des oxydes métalliques : rubis, topaze, saphir.
 

Les fondants:

Un “fondant” est un additif incorporé à une terre à cuire ou un autre minéral (comme la silice en ce qui concerne le verre) de sorte à abaisser la température de fusion de cette terre, de ce minéral.
Les cendres végétales, le talc, l’oxyde de fer, les frittes et le feldspath sont des fondants des terres ou du moins de certaines terres car toutes ces matières n’ont pas les mêmes températures de cuisson et certains “fondants” risqueraient de jouer le rôle inverse pour des terres cuisant à basse température. Par exemple, le feldspath est fondant du kaolin mais pas d’une faïence.
La pierre à chaux et la soude sont des fondants du verre.
 

La Craie:

La craie est une roche sédimentaire contenant presque exclusivement du carbonate de calcium CaCO3 et un peu d’argile. La craie est perméable, poreuse et friable.
La craie est un calcaire un peu particulier. Généralement très pure, elle peut cependant être marneuse (lorsque le calcaire et l’argile sont en proportions à peu près égales), glauconieuse (si elle contient de la glauconie), dolomitique (si elle contient des recristallisations de dolomite comme dans la craie de Vernon), à silex, etc.
La craie est avant tout un minéral naturel. Pour être considérée comme craie, une roche doit contenir au moins 90% de calcite, en deçà de quoi elle est considérée comme simplement calcaire.

 

PROPRIETES DES PRINCIPALES MATIERES PREMIERES UTILISEES EN CERAMIQUE

LES DEFLOCULANTS

CARBONATE DE SOUDE
 
Utilisé comme défloculant dans les barbotines en combinaison avec le silicate de soude.
DOLAFLUX
 
Agent de défloculation, se présente sous la forme d’une poudre noire, s’utilise en remplacement du silicate et du carbonate de soude. Se délaye dans une petite quantité d’eau chaude avant mélange.

SILICATE DE SOUDE
 
Employé comme défloculant dans les barbotines, en combinaison avec du carbonate de soude.

 

 

LES MATIERES PREMIERES

SILICE BROYEE
SiO2  98.8 %
Perte au Feu  0.2 %
Il s’agit d’une poudre de sable quartzeux directement utilisable pour préparer les émaux sans passer par une phase de broyage.


CRISTOBALITE
SiO2 99.03 %
Al2O3 0.18 %
CaO 0.51 %
MgO 0.11 %
Na2O 0.07 %
Fe2O3 0.07 %
K2O 0.03 %
Perte au Feu  0.16 %
Cette autre variété de silice présentant une forte dilatation vers 200°C. Elle est principalement utilisée pour corriger la dilatation des pâtes mais peut également être utilisée dans les émaux.


ACIDE BORIQUE
B2O3 : 56.2-56.7 %Equivalent H3BO3 99.9 %
Il permet d’introduire le bore dans les émaux sans ajout de soude. Il est soluble dans l’eau chaude ce qui peut limiter son utilisation.


BORAX DESHYDRATE
B2O3  68.50 %
Na2O  30.50 %
H2O  1.0 %
Le borax est une source de bore très utilisée. Sa teneur en NaO permet d’abaisser la température de fusion des émaux. Il est moins soluble dans l’eau que la forme hydratée, ce qui facilite son utilisation.

COLEMANITE
SiO2 4.5 %
Fe2O3 0.5 %
B2O3 42.0 %
CaO 26.0 %
NaO 1.2 %
MgO 1.5 %
Perte au Feu  24.0 %
Source naturelle de bore, qui présente l’avantage d’être insoluble dans l’eau, ce qui permet de conserver les bains d’émaux. Utilisée comme une fritte naturelle, la colémanite permet de réaliser des émaux avec des températures de fusion de 1000°C à 1100°C. En petits ajouts, elle améliore la brillance.
A calciner avant utilisation au dessus de 5%


BORAX DESHYDRATE
B2O3  68.50 %
Na2O  30.50 %
H2O  1.0 %
Il permet d’introduire le bore dans les émaux sans ajout de soude. Il est soluble dans l’eau chaude ce qui peut limiter son utilisation.


CENDRE D’OS
P2O5 40.1 %
SiO2 0.23 %
CaO 53.7 %
MgO 1.07 %
Na2O 0.92 %
Perte au Feu  3.11 %
Ce phosphate de calcium est issu de la calcination d’os. Utilisé traditionnellement pour la fabrication de pâtes (bone china) et de certains émaux.


ALUMINE CALCINEE
Al2O3  99.9 %
L’alumine calcinée est la source idéale d’aluminium pour les émaux, si on souhaite jouer uniquement sur la teneur en Alumine de la formule sans aucun autre apport.
ALUMINE HYDRATEE
Al2O3 62.84 %
SiO2 0.8 %
Na2O 0.66 %
Fe2O3 0.53 %
K2O 0.14 %
Perte au Feu  0.10 %
En perdant l’eau d’hydratation, cette alumine deviendra l’identique de l’alumine calcinée. Elle présente cependant une plus grande réactivité que l’alumine calcinée et entre donc plus facilement dans le flux vitreux.


KAOLIN CALCINE OU MOLOCHITE
Al2O3 42 %
SiO2 54.5 %
CaO 0.06 %
MgO 0.31 %
Na2O 0.1 %
Fe2O3 1.0 %
TiO2 0.07 %
K2O 2.0 %
Le kaolin calciné permet d’introduire de l’alumine dans les émaux sans affecter la rhéologie des bains comme avec les kaolins naturels que l’on utilise plutôt comme suspensifs.


CARBONATE DE LITHIUM
Li2O 99.0 %
Na 0.12 %
SO4 0.30 %
Divers  0.58 %
Le carbonate de lithium est insoluble. On l’utilise en faible pourcentage pour améliorer la brillance des émaux.


CARBONATE DE POTASSIUM
K2O 99.2 %
KHCO3  0.7 %
Cl 0.1 %
Le carbonate de potassium est soluble. Il peut être utilisé pour introduire K2O sans apport d’autre élément.


CRYOLITHE
Na  32.9 %
Al  12.8 %
F 54.3 %
Fluorure de sodium et d’aluminium. Source de soude et d’aluminium dans les émaux. Fondant puissant.
FELDSPATH LITHIQUE
K2O 4 %
Na2O 2.25 %
SiO2 70.8 %
Al2O3 17.4 %
CaO 0.16 %
MgO 0.08 %
Fe2O3 0.15 %
TiO2 0.03 %
Li2O 2.0 %
Perte au Feu  2.98 %
Feldspath très blanc, constitué en majeure partie de lépidolite. Le plus fondant des feldspaths alcalins.


FELDSPATH POTASSIQUE
K2O 10.50 %
Na2O 2.70 %
SiO2 68.20 %
Al2O3 18.00 %
CaO 0.20 %
MgO 0.15 %
Fe2O3 0.12 %
TiO2 0.02 %
Perte au Feu  0.40 %
Feldspath ultra blanc, constitué en majeur partie d’orthose 6 SiO2, Al2O3, K2O. Le moins fondant des feldspaths alcalins.


FELDSPATH SODIQUE
K2O 1.00 %
Na2O 9.0 %
SiO2 70.0 %
Al2O3 18.0 %
CaO 1.0 %
MgO 0.23 %
Fe2O3 0.10 %
TiO2 0.17 %
Perte au Feu  0.5 %
Feldspath très blanc, constitué en majeure partie d’albite 6SiO2, Al2O3, Na2O. Fusion intermédiaire entre lithique et potassique.


FELDSPATH ICE 10
K2O 10.0 %
Na2O 3.20 %
SiO2 67.8 %
Al2O3 18.5 %
Perte au Feu  0.4 %
Feldspath très blanc.


FELDSPATH SPEG
K2O 1.0 %
Na2O 8.00 %
SiO2 70.5 %
Al2O3 18.0 %
Perte au Feu  0.5 %
Autre forme  de feldspaths.


NEPHELINE SYENITE
K2O 9.0 %
Na2O  8.2 %
SiO2 55.8 %
Al2O3  24.4 %
CaO 1.0 %
Fe2O3  0.1 %
Minéral composé de feldspaths potassique, sodique et néphéline. Utilisée pour la réalisation d’émaux grès, elle est appelée « feldspath parfait » en raison de d’équilibre de sa composition moléculaire.


PEGMATITE
K2O 7.12 %
Na2O  0.34 %
SiO2 80.12 %+
TiO2 0.13 %
MgO 0.03 %
Al2O3  11.10 %
Fe2O3   0.11 %
CaO 0.04 %
Mélange naturel de feldspath et de quartz, la pegmatite est employée comme telle.


PETALITE
Li2O 4 %
Al2O3  16.5 %
SiO2 77.5 %
Na2O  0.35 %
K2O 0.25 %
MgO 0.1 %
CaO 0.25 %
Source naturelle de lithium, la pétalite présente l’avantage d’introduire très peu d’autres alcalins.

 
CARBONATE DE BARYUM
BaO 77.70 %
Perte au Feu  22.3 %
Permet de développer une teinte bleue turquoise en présence en présence d’oxyde de cuivre et un violacé avec la manganèse. Attention le BaCO3 est un poison.
A manipuler avec précaution.


CARBONATE DE CALCIUM (CALCITE)
CaO 55.50 %
SiO2 0.50 %
Al2O3  0.25 %
Fe2O3  0.15 %
PF 43.60 %
Appelé parfois abusivement chaux ou blanc d’espagne, le carbonate de calcium est très utile pour introduire CaO dans les formules d’émaux.


CARBONATE DE MAGNESIUM
(MAGNESITE)
MgO 43 %
SiO2 4 %
Al2O3  0.3 %
CaO 3.5 %
Fe2O3   0.15 %
So3 0.1 %
Le carbonate de magnésium est généralement introduit par la dolomie ( carbonate mixte Ca/Mg).
La magnésite permet d’introduire MgO sans CaO.
Favorise les craquelures dans les émaux raku.


CARBONATE DE STRONTIUM
SrO 68.09 %
BaO 0.80 %
Al2O3  0.5 %
Na2O  0.20 %
PF 28.91 %
Le carbonate de strontium est un des rares moyens d’introduire SrO dans les émaux. Il peut être utilisé par exemple en substitution de Mg O pour éviter la dévitrification dans certains cas.


CENDRE DE BOIS DUR OU CENDRE DE CHENE
CaO 39.67 %
SiO2 15.75 %
Al2O3 2.09 %
MgO 2.31 %
Na2O 0.50 %
Fe2O3 0.94 %
TiO2 0.19 %
K2O 4.04 %
P2O5 1.28 %
Perte au Feu  29.20 %
Les cendres permettent d’introduire de nombreux oxydes modificateurs à la fois. Elles sont utilisées pour conférer des textures particulières aux émaux. Les cendres vendues ici sont broyées et lavées.


CENDRE DE LAVANDE
CaO 29.26 %
SiO2 16.59 %
Al2O3 3.54 %
MgO 5.66 %
Na2O 0.39 %
Fe2O3 1.26 %
TiO2 0.21 %
K2O 14.71 %
P2O5 4.88 %
Perte au Feu  20.30 %
Cendre broyées et lavées, donne aux émaux grès des couleurs et textures particulières différentes de la cendre de bois.


DOLOMIE
CaO 31 %
MgO 20 %
SiO2 0.05 %
Al2O3 0.10 %
FeO3 0.01 %
Perte au Feu  47.0 %
Ce carbonate doublé de calcium et de magnésium est très utilisé comme fondant dans les émaux, sert également dans les faïences dolomitiques.


SPATH FLUOR
CaO 68.10 %
Divers  21.90 %
SiO2 6.0 %
Al2O3  4.0 %
La fluorine CaF2 est un fondant énergique qui apporte de plus de l’opacité aux émaux par formation de cristaux de fluorure. Le spath fluor doit être utilisé avec précision car un mauvais dosage peut provoquer de bouillonnement de l’émail.


TALC
SiO2 53 %
Al2O3 1.3 %
CaO 0.17 %
MgO 30.0 %
Fe2O3 0.50%
Silicate de magnésie hydraté, utilisé dans les émaux, il apporte de l’opacité et une matité soyeuse. Dans les pâtes céramiques, en particulier dans les pâtes faïence dites « mono cuisson », ou pour améliorer la résistance aux chocs thermiques. C’est aussi un fondant secondaire en présence de magnésie.
Il produit des effets à retenir avec le chrome et le cobalt.


WOLLASTONITE
SiO2 51.5 %
Al2O3 0.3 %
CaO 5.5 %
MgO 0.8 %
Na2O 0.05 %
Fe2O3 0.2 %
Divers 1.85 %
Perte au feu 1.5 %
Métasilicate de chaux.
La Wollastonite est utilisée comme véhicule de CaO dans les émaux pour supprimer la formation de gaz, ceci facilitant la mono cuisson des produits.


ZINC
ZnO 100 %
L’oxyde de zinc est un agent fondant possédant une température de fusion moyenne à haute mais uniquement en mélange avec d’autres fondants. En petites quantités, il améliore la brillance. En plus fortes proportions, il peut conduire à une opacification ou à rendre l’émail mat.


ARGILE BALL CLAY
SiO2 48.09 %
Al2O3 33.7 %
CaO 0.2 %
MgO 0.3 %
Na2O 0.2 %
Fe2O3 1.2 %
TiO2 0.9%
K2O 1.6 %
Perte au Feu 13.0 %
Le nom anglais Ball Clay provient de la faculté de ce type d’argile à former des « boules » ce qui atteste d’une grande plasticité, d’une bonne cohésion. Pour ces qualités, les Ball-Clays sont employées dans la fabrication de pâtes céramiques et ce sont ces mêmes propriétés qui font d’elles de bons additifs pour assurer la suspension dans l’eau des autres matières.


BENTONITE
SiO2 70.50 %
Al2O3 13.75 %
CaO 1.12 %
MgO 5.4 %
Na2O 1.8 %
Fe2O3 1.04 %
TiO2 0.24 %
K2O 0.35 %
Perte au Feu 5.80%
La bentonite est une argile très spécifique recherchée en céramique pour sa très grande plasticité qui est liée à la forme et à la taille de ses particules. Dans les émaux elle permet de maintenir en suspension des mélanges même les particules des matières inertes assez grossières. C’est un puissant suspensif.


CHLORURE DE BARYUM
BaCL22H2O 98.5 %
H2O 1.30 %
Divers 0.20 %
Incorporé dans les bains d’émaux, il permet de les floculer. Peut se substituer au carbonate de baryum dans certaines applications.

KAOLIN A
SiO2 49.7 %
Al2O3 34.8 %
Fe2O3 0.85 %
TiO2 0.10 %
K2O 2.20 %
Perte au Feu 12.35 %
Silicates d’aluminium naturels provenant d’argile primaire très réfractaire. Ils durcissent les émaux trop fusibles et permettent de maintenir en suspension les matières dégraissées dans l’émail.